DE102019123664A1

DE102019123664A1 - Oberflächenharmonisierung für eingebettete Funktionsschichten

Info

Publication number: DE102019123664A1
Application number: DE102019123664.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Burghart; Wolfgang Kesting; Matthias Bartusch
Original assignee: Uvex Safety Gloves GmbH and Co KG
Current assignee: Uvex Safety Gloves GmbH and Co KG
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2021-03-04
Also published as: WO2021043687A1; JP2023506105A; AU2020342570A1; CN114302657A; KR20220058565A; EP4025090A1; US20220330425A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Material mit einem textilen Substrat, einer Funktionsschicht, einer Beschichtung und einer textilen Deckschicht, welche zwischen Funktionsschicht und Beschichtung angeordnet ist. Die Haftung der Beschichtung in dem Bereich der Funktionsschicht wird dadurch verbessert, dass zwischen der Funktionsschicht und der Beschichtung eine textile Deckschicht angeordnet ist. Die Haftung der Beschichtung auf der textilen Deckschicht entspricht der Haftung auf dem textilen Substrat.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Material mit einer Funktionsschicht und einer Beschichtung.
In dem Bereich der Textilbeschichtung ist es bekannt, textile Substrate mit einer Beschichtung, beispielsweise einer polymeren Beschichtung zu versehen. Die Beschichtung wird als Beschichtungsformulierung auf das textile Substrat aufgebracht, wo es aufgrund des porösen Aufbaus des Substrats mindestens teilweise in das Substrat eindringen kann. Die Haftung der, zum Beispiel durch Vulkanisierung entstehenden Beschichtung an dem Substrat, basiert vorwiegend auf einer mechanischen Verankerung.
Es ist weiter bekannt Funktionsschichten auf textile Substrate in Form von Folien, Stickern oder aufgedruckten Strukturen aufzubringen. Diese Funktionsschichten können insbesondere Leiterbahnen, Sensoren oder flexible Schaltungsträger umfassen. Als problematisch erweist es sich, das textile Material zusammen mit der Funktionsschicht mit einer weiteren, insbesondere einer polymeren Beschichtung, zu versehen. Da die Beschichtungsformulierung weitestgehend darauf abgestimmt ist, eine besonders gute und haltbare Haftung mit dem textilen Substrat einzugehen, zeigt sich oftmals eine unzureichende Haftung zwischen der Beschichtung und der Funktions schicht.
Um das Problem der mangelnden Haftung zu lösen, sind zwei Ansätze bekannt: Anpassung der Beschichtungsformulierung oder Anpassung der Oberfläche der Funktionsschicht.
Die Beschichtungsformulierung kann angepasst werden, um eine bessere Haftung auf der Funktionsschicht herzustellen. Hierzu wird ein größerer Teil der Wechselwirkungen auf chemischer Basis etabliert, so dass eine ionische oder kovalente Bindung der Beschichtung an die Oberfläche der Funktionsschicht hergestellt wird. Die Änderungen in der Zusammensetzung der Beschichtungsformulierung haben jedoch auch Folgen für Eigenschaften, wie Tropfzeit, Viskosität und Oberflächenenergie, die den Herstellungsprozess beeinflussen. Auch die Eigenschaften der resultierenden Beschichtung, wie Weichheit, Griffigkeit, Beständigkeit und optische Eigenschaften können von den Änderungen negativ beeinflusst werden.
Die Anpassung der Oberfläche der Funktionsschicht an eine bestehende Beschichtungsformulierung kann chemisch oder physikalisch sein. Die Oberfläche der Funktionsschicht kann durch Aufrauen vergrößert werden, um eine mechanische Verankerung der Beschichtung zu verbessern. Jedoch können bei dünnen Funktionsschichten, wie sie in der Textilindustrie häufig Verwendung finden, nicht innere Oberflächen in der Größenordnung des textilen Substrats erreicht werden, so dass das Aufrauen weitgehend ungeeignet ist.
Eine chemische Anpassung der Oberfläche zielt darauf ab, die chemische Wechselwirkung zwischen Funktionsschicht und Beschichtung zu verbessern. Hierzu ist es allerdings notwendig, dass die Beschichtungsformulierung eine solche Wechselwirkung zulässt, was insbesondere bei chemisch widerstandsfähigen Beschichtungen, wie sie im Bereich der persönlichen Schutzausrüstung verwendet werden, gerade nicht der Fall ist. Zudem kann eine chemische Modifikation die Funktionalität der Elemente der Funktionsschicht, sowie ihrer Leitfähigkeit beeinflussen.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein mehrschichtiges Material mit einem textilen Substrat, einer Funktionsschicht und einer Beschichtung zur Verfügung zu stellen, das eine verbesserte Haftung zwischen Funktionsschicht und Beschichtung aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das mehrschichtige Material mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den sich anschließenden Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße mehrschichtige Material umfasst eine textile Deckschicht, welche zwischen der Funktionsschicht und der Beschichtung angeordnet ist. Das mehrschichtige Material ist entsprechend aufgebaut aus: Substrat, Funktionsschicht, Deckschicht und Beschichtung. Es wird also nicht versucht, die Oberflächeneigenschaften des textilen Substrats auf der Funktionsschicht zu imitieren, sondern eine textile Deckschicht wird bereitgestellt, die wie das Substrat aufgrund ihrer porösen Struktur ein teilweises Eindringen der Beschichtungsformulierung erlaubt. Folglich ist die mechanische Verankerung der Beschichtung an der Deckschicht vergleichbar mit der Verankerung der Beschichtung an dem textilen Substrat. Ein weiterer Vorteil ist der Tragekomfort des erfindungsgemäßen mehrschichtigen Materials. Da Funktionsschichten in der Regel keinen textilen Charakter haben, werden sie beim Tragen oftmals als störend empfunden. Mit der textilen Deckschicht verleiht man der Funktionsschicht eine Haptik, die dem textilen Substrat entspricht. Zudem wird die Flexibilität durch die Funktionsschicht weniger beeinflusst als bei herkömmlichen Lösungen.
Bevorzugt ist die Funktionsschicht in Form eines oder mehrerer Sticker, gedruckter Strukturen, oder einer Kombination dieser ausgebildet. Diese dünnen Strukturen sind flexibel und können sich eventuellen Verformungen des Substrats anpassen. Die textile Deckschicht schränkt diese Flexibilität nicht ein.
Bevorzugt umfasst die Funktionsschicht Leiterbahnen, Sensoren und/oder flexible Schaltungsträger. Die Sensoren können zum Beispiel Drucksensoren, Temperatursensoren oder Stromsensoren sein. Die gemessenen Werte der Sensoren können via Leiterbahnen weitergeleitet werden.
Um eine Adhäsion zwischen der Funktionsschicht und dem textilen Substrat herzustellen, wird die Funktionsschicht bevorzugt auf das textile Substrat aufgedruckt, auflaminiert oder aufgeklebt. Besonders bevorzugt ist zwischen der Funktionsschicht und der Deckschickt ebenfalls eine Adhäsionsschicht angeordnet, um einen ausreichenden Zusammenhalt des mehrschichtigen Materials herzustellen. Im einfachsten Fall ist die Adhäsionsschicht identisch zu der Adhäsionsschicht zwischen Funktionsschicht und textilem Substrat. Im Textilbereich sind hier u.a. Heiß- und Schmelzkleber bekannt, die auf die Funktionsschicht aufgebracht werden und unter Druck und Temperatur die Funktionsschicht mit der Deckschicht verbinden. Eine wirtschaftlich attraktive Lösung ist es, die Funktionsschicht beidseitig mit einer Adhäsionsschicht zu versehen und die Verklebung des Schichtsystems Substrat - Funktionsschicht - Deckschicht in einem Schritt vorzunehmen. Die Adhäsionsschicht kann flächig auf die gesamte Funktionsschicht oder nur lokal in bestimmten Punkten oder Bereichen aufgetragen werden. Eine lokale Auftragung der Adhäsionsschicht kann so ausgestaltet sein, dass eine Verschiebung der Schichten gegeneinander möglich ist, was die Flexibilität des mehrschichtigen Materials begünstigt.
Bevorzugt ist das Material des textilen Substrats aus einem Garn gestrickt, gewebt oder gewirkt. Das so gewonnene Material hat eine offenporige Struktur, welche eine mechanische Verankerung der Beschichtung ermöglicht. Die textile Deckschicht besteht bevorzugt aus einem Material mit ähnlichen offenporigen Oberflächeneigenschaften, so dass sich die Beschichtung ebenso in ihr verankern kann. Besonders bevorzugt ist die textile Deckschicht aus demselben Garn gewebt, gestrickt oder gewirkt, wie das textile Substrat. In einer besonders einfachen Ausführungsform ist das Material der textilen Deckschicht identisch zu dem Material des textilen Substrats. Es ist aber auch denkbar, aus demselben Garn verschiedene Materialien zu gewinnen, so könnte beispielsweise das Substrat gestrickt und die Deckschicht gewebt sein.
Bevorzugt ist die Beschichtung eine polymere Beschichtung, besonders bevorzugt besteht sie aus Polyvinylchlorid, Nitrilkautschuk oder Polytetrafluorethylen. Die Beschichtungsformulierung, welche die polymere Komponente beinhaltet kann mittels Eintauchens oder Besprühen der textilen Schichten und der eingebetteten Funktionsschicht aufgebracht werden. Eine vorhergehende Behandlung der textilen Schichten mit Koagulant kann dabei die Eindringtiefe der Beschichtungsformulierung regulieren. In weiteren Prozessschritten wird die Beschichtungsformulierung vulkanisiert und das Polymer verankert sich in der porösen Struktur des Textils.
In einer weiteren Ausgestaltung überdeckt die textile Deckschicht die Funktionsschicht vollständig. Besonders bevorzugt ist die Deckschicht größer als die Funktionsschicht und kann somit die Kanten der Funktionsschicht überdecken und vor einer Ablösung durch einwirkende Kräfte schützen.
In einer weiteren Ausführungsform des mehrschichtigen Materials verfügt die textile Deckschicht über Aussparungen im Bereich der Funktionsschicht. Durch die Aussparungen in der Deckschicht kann eine selektive Beschichtung realisiert werden. An den Bereichen der Aussparungen steht die Beschichtung zunächst in direktem Kontakt mit der Funktionsschicht. Da die Haftung zwischen Beschichtung und Funktionsschicht jedoch unzureichend ist, kann die Beschichtung an diesen Stellen entfernt werden, so dass die Funktionsschicht bereichsweise freigelegt wird.
Daraus ergibt sich eine besonders bevorzugte Ausführungsform bei der die Beschichtung Aussparungen im Bereich der Funktionsschicht aufweist und diese Aussparungen mit den Aussparungen in der textilen Deckschicht übereinstimmen. Diese Anordnung erlaubt einen Zugriff auf die offenliegenden Bereiche der Funktionsschicht und den darin angeordneten Kontakten und Sensoren. So können von den Sensoren erfasste Informationen weitergeleitet und an anderer Stelle weiterverarbeitet werden.
Bevorzugt sind funktionelle Komponenten auf der Beschichtung angeordnet und stehen in elektrisch oder thermisch leitendem Kontakt mit der Funktionsschicht. Die Leiterbahnen oder sonstige Kontaktierung werden von der Funktionsschicht durch die Aussparung in Deckschicht und Beschichtung zu den funktionellen Komponenten auf der Beschichtung geführt. So können funktionelle Komponenten, welche sich nicht dafür eignen, in die Textilschichten eingebettet zu werden, nachträglich auf der Beschichtung befestigt werden und in Kontakt mit der Funktionsschicht gebracht werden.
In einer Ausgestaltung umfasst eine persönliche Schutzausrüstung das erfindungsgemäße mehrschichtige Material. Das erfindungsgemäße mehrschichtige Material ist besonders für Bekleidung im Bereich der persönlichen Schutzausrüstung geeignet, da durch die textile Haptik der eingebetteten Funktionsschicht der Tragekomfort im Wesentlichen einem Kleidungsstück ohne Funktionsschicht entspricht. Auch kann das mehrschichtige Material in der Verarbeitung wie ein Textil ohne Funktionsschicht behandelt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst ein trikotierter Handschuh das erfindungsgemäße mehrschichtige Material. Dabei fungiert der gestrickte Handschuhrohling als textiles Substrat, auf welchem die Funktionsschicht und die textile Deckschicht aufgebracht werden. Der Handschuhrohling mit der eingebetteten Funktionsschicht kann wie ein trikotierter Handschuh ohne Funktionsschicht weiterverarbeitet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Querschnitt durch das mehrschichtige System,
2 eine Draufsicht auf ein mehrschichtiges System mit einer Aussparung im Bereich der Funktionsschicht und funktionelle Komponenten auf der Beschichtung,
3 einen Querschnitt durch das in 2 dargestellte System.

1 zeigt einen Querschnitt durch ein mehrschichtiges System ohne Beschichtung. Gezeigt ist das textile Substrat 1 und die darauf fixierte Funktionsschicht 2. Zwischen Deckschicht 4 und Funktionsschicht 2 ist eine Adhäsionsschicht 3 abgebildet. Die Adhäsionsschicht 3 kann aus einem Heiß- oder Schmelzkleber bestehen, welcher sich unter Druck und bei Wärmezufuhr mit der Deckschicht 4 und der Funktionsschicht 2 verbindet.
Die abgebildete Deckschicht 4 geht über die Funktionsschicht 2 hinaus, so dass auch die Kanten der Funktionsschicht 2 von der Deckschicht 4 überlappt werden. Diese Überlappung schützt die Funktionsschicht 2 vor lokalen Krafteinwirkungen, die ein Ablösen der Funktionsschicht 2 von dem textilen Substrat 1 begünstigen könnten.
In der Abbildung ist die Deckschicht 4 dünner als das Substrat dargestellt. Unabhängig von der Dicke können beide Schichten aus demselben Garn hergestellt sein.
In 2 ist eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines mehrschichtigen Materials mit Aussparungen 6 in der Deckschicht 4 und der Beschichtung 5 dargestellt. Die unter der Beschichtung 5 liegende Funktionsschicht 2 ist mit einer schraffierten Linie angedeutet. Die Aussparungen 6 überlappen sich und legen die darunterliegende Funktionsschicht 2 teilweise frei. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind mehrere Kontakte 8, welche sich auf der Funktionsschicht 2 befinden, freigelegt. Die Elemente der Funktionsschicht 2 sind über Leiterbahnen 9 mit funktionellen Komponenten 10 verbunden, welche sich auf der Beschichtung 5 befinden. Die funktionellen Komponenten können Sensoren oder dergleichen sein.
3 zeigt einen Querschnitt durch das in 2 dargestellte System. Auf dem textilen Substrat 1 ist die Funktionsschicht 2 aufgebracht. Die Funktionsschicht 2 ist mittels einer Adhäsionsschicht 3 mit dem Substrat 1 verklebt. Die Deckschicht 4 erstreckt sich über die Funktionsschicht 2 und geht über die Kanten der Funktionsschicht 2 hinaus. Die Deckschicht 4 hat eine Aussparung 6, welche einen Kontakt 8 auf der Funktionsschicht 2 freigibt. Die Beschichtung 5 verfügt an gleicher Stelle über eine Aussparung. Von dem Kontakt 8 führt eine Leiterbahn 9 zu einer funktionellen Komponente 10, welches auf der Beschichtung in der Nähe von der Aussparung angeordnet ist.
Bezugszeichenliste

1: textiles Substrat
2: Funktionsschicht
3: Adhäsionsschicht
4: Deckschicht
5: Beschichtung
6: Aussparung
8: Kontakt
9: Leiterbahn
10: funktionelle Komponente

Claims

Mehrschichtiges Material umfassend ein textiles Substrat (1), einer Funktionsschicht (2) und einer Beschichtung (5), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Funktionsschicht (2) und der Beschichtung (5) eine textile Deckschicht (4) angeordnet ist.
Mehrschichtiges Material gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (2) in Form mindestens eines Stickers oder einer gedruckter Struktur ausgestaltet ist.
Mehrschichtiges Material gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (2) Leiterbahnen (9), Sensoren oder flexible Schaltungsträger umfasst.
Mehrschichtiges Material gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (2) auf das textile Substrat (1) aufgedruckt, auflaminiert oder aufgeklebt ist.
Mehrschichtiges Material gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Funktionsschicht (2) und der textilen Deckschicht (4) eine Adhäsionsschicht (3) angeordnet ist.
Mehrschichtiges Material gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Substrat (1) aus einem Garn gestrickt, gewebt oder gewirkt ist und die textile Deckschicht (4) aus einem identischen Garn gestrickt, gewebt oder gewirkt ist.
Mehrschichtige Material gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) eine polymere Beschichtung ist, bevorzugt bestehend aus Polyvinylchlorid, Nitrilkautschuk oder Polytetrafluorethylen.
Mehrschichtiges Material gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die textile Deckschicht (4) die Funktionsschicht (2) vollständig überdeckt.
Mehrschichtiges Material gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die textile Deckschicht (4) Aussparungen (6) im Bereich der Funktionsschicht (2) aufweist.
Mehrschichtiges Material gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) Aussparungen (6) im Bereich der Funktionsschicht (2) aufweist und diese Aussparungen (6) mit den Aussparungen in der textilen Deckschicht (4) übereinstimmen.
Mehrschichtiges Material gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass funktionelle Komponenten (10) auf der Beschichtung (5) angeordnet sind und in elektrisch oder thermisch leitendem Kontakt mit der Funktionsschicht (2) stehen.
Persönliche Schutzausrüstung, dadurch gekennzeichnet, dass die persönliche Schutzausrüstung ein mehrschichtiges Material gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.
Trikotierter Handschuh, dadurch gekennzeichnet, dass der Handschuh ein mehrschichtiges Material gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.